《宽带低噪声放大器》由会员分享，可在线阅读，更多相关《宽带低噪声放大器（159页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、西华大学毕业设计说明书 目 录1 前言12 总体方案设计32.1方案对比32.2方案论证42.3方案选择43 单元模块设计63.1各单元模块的功能介绍及电路设计63.1.1各单元模块的总体介绍63.1.2 FET的选择73.1.3 ATF-54143的直流分析和偏执电路设计83.1.4 电路的漏极偏执电源设计93.1.5 电路的输入端的匹配设计103.1.6 输出匹配电路设计153.1.7 反馈电路的设计173.2特殊器件的介绍203.2.1ATF-54143的介绍203.3 单元模块的连接214 软件设计234.1软件设计原理及所用工具234.2 软件中电路的设计234.2.1软件设计的直流
2、仿真234.2.2偏执电路的仿真244.2.3 ADS中匹配电路的设计254.2.4 S参数的仿真254.3 版图设计和AutoCAD设计274.4 ADS对电路的优化设计285 系统调试315.1软件调试315.2 硬件调试326 系统的功能、指标参数336.1仿真的结果实现情况336.2实物的结果347 总结与体会368 致谢379 参考文献38附录1：39 II1 前言随着日新月异的科学发展，现代雷达技术发展迅猛和电子对抗的日益激烈。因此人们对雷达的性能的要求也越来越高了。低噪声放大器（LNA）作为雷达的接收或者电子对抗的系统中必不可少的一个重要部分也随射频电子学的发展过程之变得越来越重
3、要。低噪声放大器用于将天线能够收到的弱小的电子小信号放大成大信号的同时引入的噪声非常的小为后面系统作准备。因为它是接收系统的第一级所以他的噪声在整个接收系统中占有很大的作用。放大器分为小信号放大器、功率放大器，低噪声放大器（LNA）。本设计是介于L波段和S波段的一个宽带低噪声放大器，该放大器具有低噪声、高增益、高线性度的特点。在以前的设计中这个频段的放大器已经被国内外的设计师们设计出很多不同参数的放大器了，本设计亮点在与高增益的同时最求高的增益平坦度（其增益平坦度高达0.3dB）。噪声低也是本设计的一大特点，在该频段做噪声系数小于1的二级放大低噪声放大器的也不是特别多。本设计最终实现制作一个增
4、益也就是10倍lg下的功率比大于26dB、增益平坦度小于0.3dB、输入输出的电压的驻波比大于1.6、一介功率线性1dB压缩点大于16dBm、噪声系数小于1dB、带宽1.22.8GHz的低噪声放大器。当今社会是信息的时代，人们无时无刻不在信息化的社会中活动。低噪声作为移动通信、遥控摇杆系统和雷达系统的接收端的第一级对整个体统的噪声具有举足轻重的作用。低噪声放大器随着科学的进步是持续发展的，从最初的电子管低噪声放大器到现在的集成低噪声放大器，低噪声放大器经过了几个不同的发展阶段：电子管低噪声放大器、晶体管低噪声放大器、集成低噪声。低噪声放大器按照不同的电路或者选用的管子分类的方法可划分分为几个不
5、相同的类型，按所用的放大器件分类，可分为电子管式低噪声放大器、晶体管式低噪声放大器（包括场效应管低噪声放大器大器）和集成电路低噪声放大器大器（包括厚膜集成低噪声放大器大器），目前以晶体管和集成电路式低噪声放大器大器为主，电子管低噪声放大器大器也占有一席之地。电子管的低噪声放大器经过多年的发展，它的生产工艺已经十分成熟，产品的稳定性极好，而且离散特性非常低，尤其是它的工作原理决定了它的音色十分温柔，具有十分优良的性能，因此它成为了十分重要的音响电路结构形式。电子管放大电路的设计、安装、调试都比较简单，他的缺点是在输出的变压装置、源断的变压器的制作工艺比较麻烦，消耗的电量大、体积大、使用的期限有限
6、制。所以在使用的实际过程中有局限性。现在大功率低噪声的晶体管的种类十分多，优质的低噪声放大器的电路多如繁星一样的，所以在现在的晶体管低噪声放大器是运用十分广泛的形式。设计师们设计出了许多十分优质新的电路使低噪声放大器噪声系数很低，十分容易的减少到噪声系数1.3以下。场效应管是十分由潜力的低噪声放大器器件，它具有噪声小、动态范围大、负温度特性等特点 ，保护电路好制作。场效应管的制作水平还在不断提高，场管低噪声放大器将有更为广阔的市场和运用价值。由于现代集成电路技术的不断发展与提高，集成电路低噪声放大器已经大量涌入市场，在整个低噪声放大器设计中占着举足轻重的位置，它的工艺和指标都达到了十分高水平，
7、它的最明显的特点是体积十分小、电路的结构简单、性能优越等。国内外在1G-3G低噪声放大器市场很好，需求量大。而军用与航天方面的要求比表高。本设计运用ADS进行仿真实现宽带的匹配，实现参数达到预期的目的。然后根据仿真结果在CAD中合理的布局实现装配图的设计。最后根据装配图严格认真的组装该图，装配完成后进行调试，实现最终的指标功能。2 总体方案设计2.1方案对比对于低噪声放大器在微波电路的的主要设计指标是：噪声系数、功率增益、输入输出驻波比、动态范围。由于设计低噪声放大器时，在兼顾电路的其他各点特性的指标的同时，低噪声放大器主要的思考方向是主要考虑噪声系数。噪声系数是信号通过放大器产生噪声使得信噪
8、比变坏。输入输出的信噪比的下降的倍数就是噪声系数。根据增益要求增益26dB我们根据实际情况的管子选择我们选择运用两级放大的电路。两级级联放大电路的设计是本设计的总体设计方案选择。对于采用何种方式的两级放大这个问题，带放大器通常的设计的电路的结构有以下五种:平衡式的放大器；反馈式的放大器；有损耗的匹配式放大器；有源匹的配式放大器；分布式放大器。本设计我们采用反馈式的宽带放大器。本设计参考众多的两级宽带放大器有许多的连接方式的书籍选择出了两种合适的设计方案比较选择。方案一宽带放大器采用的的分布型构成，分布式放大器（通常也称行波放大器）有使器件跨导相加，而不使电路寄生电容相加的独特功能，在这种形式中
9、，级联多个串联电感的FET，作用类似一个等效低通传输线这些线的终端接以电阻性负载，使希望的信号被耗散，而需要的信号在放大器的输出端同相相加，导致具有平坦增益、低驻波比（VSWR）的极好的增益-带宽积。此种放大器的设计跟适合于高频的放大器，在频段15以上运用这种设计比较多。分布型结构构成如下图图2.1所示。图2.1 分布型宽带放大器的结构方案二采用漏极级联的方式实现二级放大，其中在漏极与栅极间增加并联负反馈实现整个放大器的增益平坦度以及噪声的相互考虑，同时在源极串联一个电容的并联结构实现串联负反馈，这样做的目的可以更好的实现稳定性、增益平坦度。这种方式的优点在于容易理解电路的结构，能够明确的显示
10、出电路的特性，由于拓扑结构简单明了在调试的时候可以方便的经行有目的有方向的细致微调，同时由于这是采用最多的设计方式，所以在装配时具有经验装配过程更加的方便容易。采用反馈网络的形式在匹配的过程中可以设计的更细腻，该设计的反馈级联两用方式是本设计选择的方案，为了实现高增益平坦度这样设计可以灵活的调节电路。设计方案框图如下图图2.2所示； 输入匹配输出匹配反馈网络反馈网络射频晶体管射频晶体管级间匹配图2.2 反馈型放大器的设计框图通过图我们们可以看到本设计采用了两级放大的方式连接电路，第一级与第二级间采用相互匹配相连。其噪声设计，动态范围，以及增益温度补偿均为本型谱的设计重点和难点，仅依靠常规设计方
11、案和经验是无法达到要求的，必须从电路结构和基础材料的优化设计入手，解决指标优化及可靠性等级的提高。2.2方案论证本设计选择了方案二的拓扑结构设计，方案二的选择因为其方案一与方案二相比的差别在于反馈电路有着它在笨设计的频段有着显著的优势，首先我们可以看到在反馈电路时候我们可以明确的找到调节反馈电路上的原件的大小来改变电路的参数特性。同时反馈电路比分布式电路有着结构简单、电路容易实现的特点，故我们最终选择了反馈电路来实现本设计。2.3方案选择放大器的设计流程是根据产品性能指标，选定合理的电路的朴结构，建立相应的元件模型，进行电路优化设计、电磁场仿真、容差分析和可靠性分析，然后进行电路加工、机加工、
12、测试与调试、最后设计定型。整个设计过程我们需要的不仅仅是我们自己独立能够完成的。具体的设计流程如下图2.3所示。 产品性能指标电路模型元件模型可靠性分析设计定型电路优化设计元器件安装容差分析电路基片、腔体加工测 试满足指标？满足指标？电磁场仿真否否图2.3设计总流程图3 单元模块设计3.1各单元模块的功能介绍及电路设计3.1.1各单元模块的总体介绍本设计一共有两个大的模块，每个大的模块又由六个小的部分组成。两个大的模块是第一级放大和第二放大级。第一级放大又由六个模块组成，它们分别是连接信号输入端的最佳噪声匹配模块设计，该模块接于信号端与放大器的信号输入端之间，它的功能是最小的实现噪声匹配。设计
13、原则是以最小噪声系数为主，以增益尽量大为其次，同时兼顾增益平坦度，电路工作频段稳定性的问题。第二个模块是为了晶体管的偏执电路提供偏执电压的偏执电源的设计。由于LNA是一个灵敏度高的放大器，所以在设计的时候必须注意偏执电路不能因为不稳定的情况使静态动作点不稳定从而造成增益的波动，造成整个电路的不稳定性加大。同时电路的增益平坦度也会减低。同时该电路应在注意滤波，滤波的目的是让该电路不引入新的交流信号，引入新的交流信号会使得系统的噪声系数增加。第三个模块的设计是反馈电路的设计，反馈电路的设计是因为晶体管因频率的变化使得晶体管的各项参数变化，由于本设计设计的是宽带放大器，故本设计的带宽宽度大，电路的工
14、作频率跨度大从而造成了晶体管的参数变化明显，电路的特性也将随之变化大。反馈是以降低工作电路的增益为代价从而满足电路的其他特性的设计。比如说满足电路的稳定性系数K，满足电路的增益平坦度，通过反馈降低低频率段的增益，让增益在低频段与高频段的一致性好。但是反馈电路也会使电路的噪声系数增加，所以在电路的反馈大小选择上必须是多方面、多角度、全面性的综合考虑，这样才能够实现电路的设计最佳。本设计的第一级采用的是源极串联负反馈的的方式实现的反馈电路。我们在源极串联一个油电容与电阻并联的结构。最后是第一级的输出匹配，这一级的匹配原则比较简单，就是使电路的第一级输入与第二极输出相互连接，使信号顺利的连接好。让信
15、号完整的尽量功率大的传输到第二级，这两个匹配的原则是少消耗电路的功率情况下完全匹配，让信号无耗传输出去。第二级的电路基本和第一级相似，但是也有部分区别。第二级的输出匹配我们应该按照最大增益匹配，同时在输出端加入一个型衰减。型衰减器的作用是最后的调试中调节输出功率，从而达到调节电路的增益的功能。总之设计时是多方面的综合考虑电路的特性，我们可以把电路的拓扑结构画好后设计时运用ADS经行优化设计，通过软件的优化功能找到电路的最佳特性点。本设计是一个综合性的设计，考虑的电路参数多，涉及的电学知识十分广泛，在设计时需要查阅大量的书籍及手册。需要全面的知识基础作为设计的垫脚石。本人仅是一个大学本科生而且学的也不是射频专业所以有许多不懂的地方还有待继续学习。本设计的设计思路是全方面的综合考虑设计，在各模块设计的时候我们还需要许多连接模块的设计，综合以上的思路我们可以进行电路的单元模块设计了。3.1.2 FET的选择在微波低噪声放大器的设计中根据设计的目标选择合适的微波晶体管
